电动车跷跷板J题.doc

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1、题目：电动车跷跷板（J题）作者：沈建锋、郑菲菲、程森胜赛前辅导教师：左希庆文稿整理辅导教师：左希庆陆波摘要本设计以STC单片机作为小车的控制核心，实现了在翘翘板上自动往返。采用倾斜角传感器读取倾斜角度值，来寻找平衡点。利用PWM技术动态控制电机速度及其正反转。基于这些完备而可靠的硬件设计和软件设计，实现了小车在翘翘板上的寻迹控制和平衡控制。AbstractBasedonmicrocontrollers,STC89LE516，themodelcarcanmoveraceintelligentlybydetectingblacktapeontheground.Inclinometersensor

2、isappliedtodetecttheinclineangle，andusingittolookforfindthebalancepoint.ByintroducingPWMtothesystem,weareabletocontrolmotorrevolvingspeeddynamicallyandprecisely.Underthehelpofthereliableandself-containeddesign,thecarcancompletethetaskstablyandpreciselyontheseesaw.一、方案设计与论证1.寻迹检测方案的选择与论证方案一：采用发光二极管发

3、光，用光敏二极管接收。由于光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差。方案二：利用红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收。采用红外线发射，周围环境外面可见光对接收信号的影响较小，再用电压比较器对路面状态进行识别。本方这种方案也易于实现，比较可靠，因此采用方案二。2.电机的选择与论证方案一：采用步进电机。步进电动机的一个显著的特点就是具有快速启动和停止能力，能够达到我们所要求的标准。其转换灵敏度比较高。正转、反转控制灵活。但是步进电机的驱动能力较差、速度较低、对于方案要求相差较大。方案二：采用减速电机，其最大的优点是转矩较大，驱动能力较强，但是减速电机的速度也较低，对于实现控制指标不能很好的

4、满足要求。方案三：采用普通的直流电机。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便。调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转，能满足各种不容的特殊运行要求。由于普通直流电机价格适宜，更易于购买，并且电路相对简单，因此本方案采用直流电机作为动力源。3.电机驱动方案的选择与论证　　方案一：采用电路网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调整速度目的。但是组织网络只能是先有极调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻比较小且电流很大，分压不仅会降低效率，而且实现困难。　　　　　　方案二：采用继电器对电动机的开关控制，通过控制开关

5、的切换速度实现对小车的速度进行调整。这个电路的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间长，易于损坏，寿命较短、可靠性较低。　　方案三：使用L298N芯片驱动电机，L298N芯片可以驱动两个二相电机也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。通过比较，使用L298N芯片充分发挥了它的功能，能稳定地驱动直流电机，可以直接用单片机模拟出PWM信号，由于控制并不复杂且性价较高，故选用L298N驱动电机。4.角度传感器的选择与论证方案一、用简易的方式来测量角度，如重锤摆。但由于小车是动态运动的，估算不准

6、确，误差很大，很难实现高精度运算。方案二：陀螺仪，其精度高，内部结构紧密，但价格昂贵。在本方案中不适合使用。方案三：采用集成芯片SCA100T,其精度高，价格合理，且有SPI通讯接口，非常方便与单片机进行数据交换。综合上述，我们采用SCA100T角度传感器，其精度高，角度控制准确。5．显示电路选择与论证方案一、采用四位数码管动态扫描方式显示数据，需占用位显12路I/O口，硬件连接简单。方案二、采用串行传输的7219显示芯片驱动8位数码管，数据接口只占用3路I/O口，能显示更多的内容。方案三、采用1602液晶模块，占用9路I/O口，显示内容数最多。综合各显示方案特点，在I/O口资源紧张的情况的

7、下选择方案二。此方案，能充分满足我们的要求。6. 电源的选择方案一：所有器件采用单电源供电。这样供电比较简单；但是由于电动机启动瞬间电流很大，而且PWM驱动的电机电流波动较大，会造成电压不稳、有毛刺现象，严重干扰单片机的正常工作及倾角传感器的准确测量。方案二：双电源供电。电机驱动部分、显示电路、红外传干器部分用小型蓄电池供电，特点小型蓄电池，输出功率大，在负载不稳定的情况下能保证合适的电压和电流输出。单片机和